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DE112014004482B4 - Gas turbine combustor and gas turbine engine provided with the same - Google Patents

Gas turbine combustor and gas turbine engine provided with the same Download PDF

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DE112014004482B4
DE112014004482B4 DE112014004482.2T DE112014004482T DE112014004482B4 DE 112014004482 B4 DE112014004482 B4 DE 112014004482B4 DE 112014004482 T DE112014004482 T DE 112014004482T DE 112014004482 B4 DE112014004482 B4 DE 112014004482B4
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main
gas turbine
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fuel injection
fuel
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Issei Tamura
Keijiro Saito
Kei Inoue
Shinji Akamatsu
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Mitsubishi Power Ltd
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Abstract

Gasturbinenbrennkammer (1), welche Folgendes umfasst:einen zentral in einem Brennkammergehäuse (2) angeordneten Zündbrenner (3), undeine Mehrzahl von Hauptbrennern (4), die so angebracht sind, dass sie einen Umfang des Zündbrenners (3) umgeben,wobei jeder der Hauptbrenner (4) eine zentral an einer zylindrischen Vormischdüse (12) angeordnete Hauptdüse (11) umfasst,wobei ein Flüssigtreibstoff (F2) über mehrere an einem Umfang der Hauptdüse (11) vorgesehene Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in Richtung auf eine Innenfläche (13a) einer verlängerten Düse (13) eingespritzt werden kann, welche mit einer Stromaufwärtsseite der Vormischdüse (12) verbunden ist, undwobei ein Einspritzmuster für den über die Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in Richtung der Innenfläche (13a) der verlängerten Düse (13) eingespritzten Flüssigtreibstoff (F2) so eingestellt ist, dass es zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern (4) jeweils unterschiedlich ist,die unterschiedlichen Einspritzmuster dadurch bedingt sind, dass sich die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in der Umfangsrichtung an der Hauptdüse (11) zwischen den Hauptbrennern (4) unterscheidet,dadurch gekennzeichnet, dassdie Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in unregelmäßigen Abständen an einer Spitze einer konischen Oberfläche der Hauptdüsen (11) in Umfangsrichtung angeordnet sind.A gas turbine combustor (1) comprising: a pilot burner (3) centrally located in a combustor casing (2), and a plurality of main burners (4) mounted so as to surround a periphery of the pilot burner (3), each of the Main burner (4) comprises a main nozzle (11) arranged centrally on a cylindrical premixing nozzle (12), wherein a liquid fuel (F2) is injected towards an inner surface (13a) of a elongated nozzle (13) connected to an upstream side of the premixing nozzle (12), and wherein an injection pattern for the liquid fuel (F2) injected via the fuel injection ports (15) toward the inner surface (13a) of the elongated nozzle (13) is set to be different between the plurality of main burners (4) respectively, the different injection patterns being due thereto, d that the position of the fuel injection ports (15) in the circumferential direction on the main nozzle (11) differs between the main burners (4), characterized in that the fuel injection ports (15) are provided at irregular intervals at a tip of a conical surface of the main nozzles (11) in the circumferential direction are arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer, welche die Entwicklung von Verbrennungsschwingungen verhindert, sowie ein damit ausgestattetes Gasturbinentriebwerk.The present invention relates to a gas turbine combustor which prevents the development of combustion oscillations and a gas turbine engine equipped therewith.

In den vergangenen Jahren entstand ein verstärktes Interesse an der Erhaltung der Umwelt sowie ein Bedarf für eine Reduzierung der Emissionen von Stickstoffoxid (NOx) und ähnlichem. Dies trifft auch auf das Gebiet von Gasturbinentriebwerken zu, und derzeit gibt es Fortschritte in der Forschung und Entwicklung in verschiedenen Bereichen, insbesondere in dem Bereich der Brennkammern.In recent years, there has been an increasing interest in environmental preservation and a need for reducing emissions of nitrogen oxides (NOx) and the like. This is also true in the field of gas turbine engines and there are currently advances in research and development in various areas, particularly in the area of combustors.

Bei den weithin in vielen Gasturbinentriebwerken verwendeten Brennkammern handelt es sich um Brennkammern des Vormischtyps, in denen ein Zündbrenner zentral in einem Brenngehäuse angebracht ist und eine Mehrzahl von Hauptbrennern so angeordnet sind, dass sie den Umkreis des Zündbrenners umgeben. Gasturbinentriebwerke können von dem Typ sein, der Gastreibstoffe wie Flüssigerdgas (engl. Abk. LNG) verbrennt, oder des Typs, der Flüssigtreibstoffe wie Kerosin oder Schweröle vom Typ A verbrennt.The combustors widely used in many gas turbine engines are premixed type combustors in which a pilot burner is centrally mounted in a combustor casing and a plurality of main burners are arranged to surround the periphery of the pilot burner. Gas turbine engines may be of the type that burns gaseous fuels such as liquefied natural gas (LNG) or of the type that burns liquid fuels such as kerosene or Type A heavy oils.

Unabhängig davon, ob gasförmiger Brennstoff oder Flüssigtreibstoff als Treibstoff verwendet wird, ist den Brennkammern eine Konfiguration gemeinsam, bei der ein Treibstoff in den verdichteten Luftstrom an der Vormischdüse eines Hauptbrenners eingespritzt wird, um im Vorhinein ein Treibstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, das die Druckluft sowie den Treibstoff enthält. Das Treibstoff-Luft-Gemisch wird dann von Flammen entzündet, die vom Zündbrenner ausgehen und verbrennt, wobei die entstehende hohe Temperatur und das Hochdruckverbrennungsgas die der Brennkammer nachgeschalteten Turbinen antreiben. Durch das Vormischen der Druckluft und des Treibstoffs auf diese Weise kann der Anteil des Luftvolumens im Verhältnis zum Treibstoffvolumen vergleichsweise frei eingestellt werden, und der Anteil der bei der Verbrennung vorhandenen Luft (Prozentsatz überschüssiger Luft) kann erhöht werden. Als Folge davon kann die Verbrennungstemperatur verringert werden, was die erzeugte NOx-Menge senkt.Whether gaseous fuel or liquid fuel is used as the fuel, the combustors have in common a configuration in which a fuel is injected into the compressed air stream at the premixing nozzle of a main combustor to pre-create a fuel-air mixture that contains compressed air and the fuel. The fuel-air mixture is then ignited by flames emanating from the pilot burner and burns, with the resulting high temperature and high pressure combustion gas driving the turbines downstream of the combustor. By pre-mixing the compressed air and the fuel in this way, the ratio of the air volume to the fuel volume can be adjusted comparatively freely, and the proportion of air present in combustion (excess air percentage) can be increased. As a result, the combustion temperature can be reduced, which decreases the amount of NOx produced.

Gasturbinenbrennkammern des Vormischer-Typs haben jedoch eine Tendenz zur Entwicklung von Verbrennungsschwingungen. Beim Auftreten von Verbrennungsschwingungen wird die Verbrennung normalerweise aufgrund der Erhöhung des Fluktuationsbereichs beim Verbrennungsdruck sowie aufgrund der zyklischen Vibrationen im Niederfrequenzbereich instabil, und es entsteht ein Geräusch durch die regelmäßigen Druckschwankungen der Brennkammer.However, premixer type gas turbine combustors have a tendency to develop combustion oscillations. When combustion vibration occurs, combustion usually becomes unstable due to the increase in the range of fluctuation in combustion pressure and the cyclic vibration in the low-frequency range, and noise is generated due to the periodic pressure fluctuation of the combustion chamber.

Verbrennungsschwingungen entstehen, wenn die regelmäßigen Druckschwankungen in der Brennkammer aufgrund der Verbrennung mit der hydrodynamischen natürlichen Vibrationsfrequenz der Brennkammer mitschwingen. Insbesondere umfassen herkömmliche Konfigurationen Flammen, die von einer Mehrzahl von Hauptbrennern ausgehen, die alle dieselbe Form aufweisen. Als Ergebnis dieser Konfiguration wird die Wärmefreisetzungsrateposition der Einspritzflammen, die von jedem der Hauptbrenner ausgehen, tendenziell an der gleichen Position in der Axialrichtung der Brennkammer konzentriert, wobei der Temperaturanstieg in diesem Bereich mit konzentrierter Wärmefreisetzung auch einen raschen Anstieg des Verbrennungsgasdrucks bewirkt. Die daraus resultierenden Druckwellen setzen sich durch die Brennkammer hindurch fort und generieren einen Zustand, in dem Resonanz und damit Verbrennungsschwingungen leicht auftreten können.Combustion oscillations occur when the periodic pressure fluctuations in the combustor due to combustion resonate with the hydrodynamic natural vibrational frequency of the combustor. In particular, conventional configurations include flames emanating from a plurality of main burners, all of the same shape. As a result of this configuration, the heat release rate position of the injection flames emanating from each of the main burners tends to be concentrated at the same position in the axial direction of the combustion chamber, and the temperature rise in this heat release concentrated region also causes the combustion gas pressure to rise rapidly. The resulting pressure waves propagate through the combustion chamber and generate a state in which resonance and thus combustion oscillations can easily occur.

Die JP 2003-139 326 A und die JP 2001-254 947 A beschreiben Gasturbinenbrennkammern, die so konfiguriert sind, dass derartige Verbrennungsschwingungen unterbunden werden.the JP 2003-139 326 A and the JP 2001-254 947 A describe gas turbine combustors configured to suppress such combustion oscillations.

Die JP 2003-139 326 A beschreibt eine Gasturbinenbrennkammer mit an zwei oder mehr Vormischleitungen angebrachten Drallkörpern mit unterschiedlichen Drallwinkeln, sodass die Länge (Form) der Flammen, die aus den Vormischleitungen in der Brennkammer ausgehen, sich jeweils unterscheidet. Als Ergebnis dieser Konfiguration wird die Konzentration der Wärmefreisetzungsrateposition der Einspritzflammen an einer Position in Axialrichtung der Brennkammer vermieden, und somit werden Verbrennungsschwingungen unterdrückt.the JP 2003-139 326 A describes a gas turbine combustor having swirlers attached to two or more premixing ducts with different swirl angles such that the length (shape) of the flames emanating from the premixing ducts in the combustor differ from each other. As a result of this configuration, the concentration of the heat release rate position of the injection flames at a position in the axial direction of the combustion chamber is avoided, and thus combustion oscillation is suppressed.

Die JP 2001-254 947 A beschreibt eine Gasturbinenbrennkammer mit elliptischen verlängerten Leitungen, die an einer nachgelagerten Seite der Hauptdüsen (Vormischdüsen) angeschlossen sind, wobei die Form der Leitungen unterschiedlich ausfällt. Als Ergebnis dieser Konfiguration wird verhindert, dass sich die vorgemischte Luft aus allen Hauptdüsen an der gleichen Position in der Axiallinienrichtung der Brennkammer entzündet und verbrannt wird, die Wärmefreisetzungsrateposition der Einspritzflammen wird daran gehindert, sich an einer Stelle zu konzentrieren, und Verbrennungsschwingungen werden unterdrückt.the JP 2001-254 947 A describes a gas turbine combustor with elliptical elongated ducts connected to a downstream side of the main (premix) nozzles, the shape of the ducts being different. As a result of this configuration, the premixed air from all the main nozzles is prevented from being ignited and burned at the same position in the axial line direction of the combustion chamber, the heat release rate position of the injection flames is prevented from concentrating in one place, and combustion oscillations are suppressed.

Aus der US 8966909 B2 ist eine Gasturbinenbrennkammer bekannt, bei der die Treibstoffeinspritzöffnungen der verschiedenen Hauptbrenner dadurch unterschiedlich sind, dass diese in der Axialrichtung der jeweiligen Hauptbrenner an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.From the US8966909B2 a gas turbine combustor is known in which the fuel injection openings of the various main burners are different in that they are in the axial are arranged at different positions in the direction of the respective main burners.

Weitere Gasturbinenbrennkammern, bei denen die Treibstoffeinspritzöffnungen der verschiedenen Hauptbrenner in der Axialrichtung der jeweiligen Hauptbrenner an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, sind aus der DE 19809364 A1 und der JP H08-135970 A bekannt.Other gas turbine combustors in which the fuel injection ports of the various main burners are arranged at different positions in the axial direction of the respective main burners are known from US Pat DE19809364A1 and the JP H08-135970 A known.

Die DE 10 2011 055 472 A1 , die gattungsgemäße DE 699 10 106 T2 und die WO 2012/025427 A1 offenbaren weitere Gasturbinenbrennkammern mit Treibstoffeinspritzöffnungen der verschiedenen Hauptbrenner in unterschiedlichen Ausgestaltungen.the DE 10 2011 055 472 A1 , the generic DE 699 10 106 T2 and the WO 2012/025427 A1 disclose further gas turbine combustors with fuel injection ports of the different main combustors in different configurations.

Während jedoch herkömmliche Gasturbinenbrennkammern, wie in der JP 2003-139 326 A und der JP 2001-254 947 A beschrieben, zum Fachgebiet der Gasturbinenbrennkammern, welche Treibstoffgas verwenden, beigetragen haben, haben sie im Fachgebiet der Gasturbinenbrennkammern, die Flüssigtreibstoff verwenden, aufgrund der Tatsache, dass die unterschiedliche Länge (Form) der Flammen ohne eine Veränderung der Konzentrationsverteilung des Treibstoff-Luft-Gemisches (in dem die Druckluft und der Flüssigtreibstoff enthalten sind) zwischen der Mehrzahl von Vormischdüsen schwer zu erreichen ist, minimalen Einfluss.However, while conventional gas turbine combustors, as in the JP 2003-139 326 A and the JP 2001-254 947 A described, have contributed to the field of gas turbine combustors using fuel gas, they have contributed to the field of gas turbine combustors using liquid fuel, due to the fact that the different length (shape) of the flames can be used without changing the concentration distribution of the fuel-air mixture ( in which the compressed air and the liquid fuel are contained) between the plurality of premix nozzles is difficult to achieve, minimal influence.

Auch die Realisierung von Konfigurationen wie der in JP 2003-139 326 A , bei welcher der Drallwinkel zwischen den an der Vormischleitung angebrachten Drallkörpern unterschiedlich ausfällt, oder der in JP 2001 - 254 947 A , bei der die Form der elliptischen verlängerten Leitungen unterschiedlich ist, bedeutet signifikante Änderungen an der Konfiguration der Gasturbinenbrennkammern, die ihrerseits beispielsweise dazu führen können, dass bei der Umrüstung bestehender Gasturbinenbrennkammern hohe Kosten anfallen.Also the realization of configurations like the one in JP 2003-139 326 A , at which the swirl angle between the swirl bodies attached to the premixing line is different, or the in JP 2001 - 254 947 A , in which the shape of the elliptical elongate ducts is different, means significant changes to the configuration of the gas turbine combustors, which in turn can result in, for example, high costs being incurred when retrofitting existing gas turbine combustors.

Darüber hinaus besteht bei einer Änderung der Form die Gefahr eines Druckverlustes der Luft, was zu einer Unwucht in der Luftverteilung in den Gasturbinenbrennkammern der JP 2003-139 326 A und der JP 2001 - 254 947 A aufgrund der unterschiedlich ausfallenden Form des Luftströmungspfades zwischen den Hauptdüsen (Hauptbrennern) führt. Dadurch steigt die durchschnittliche Flammengeschwindigkeit an den Hauptdüsen, die mit minimaler Luft versorgt werden, und die Menge des insgesamt von der Brennkammer erzeugten NOx neigt dazu, anzusteigen.In addition, when the shape changes, there is a risk of air pressure loss, which leads to an imbalance in the air distribution in the gas turbine combustion chambers JP 2003-139 326 A and the JP 2001 - 254 947 A due to the different shape of the air flow path between the main nozzles (main burners). As a result, the average flame speed at the main nozzles, which are supplied with minimal air, increases and the amount of total NOx produced by the combustor tends to increase.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben dargelegten Problemstellung entwickelt, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenbrennkammer und ein damit ausgestattetes Gasturbinentriebwerk bereitzustellen, welche eine einfache Konfiguration, die Flüssigtreibstoff nutzt, und ein sehr gutes Preis-/Leistungs-Verhältnis aufweist, wodurch die Menge an erzeugtem NOx reduziert und das Auftreten von Verbrennungsschwingungen verhindert werden kann.The present invention has been developed in view of the problems set out above, and an object of the present invention is to provide a gas turbine combustor and a gas turbine engine equipped therewith, which have a simple configuration using liquid fuel and a very good price/performance ratio, whereby the amount of generation of NOx can be reduced and the occurrence of combustion hunting can be prevented.

Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenbrennkammer mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vor.In order to solve the above problem, the present invention provides a gas turbine combustor having the features of claim 1.

Insbesondere umfasst eine Gasturbinenbrennkammer gemäß der vorliegende Erfindung: einen Zündbrenner, der zentral in einem Brennkammergehäuse angeordnet ist, sowie eine Mehrzahl von Hauptbrennern, die so angeordnet sind, dass sie den Umfang des Zündbrenners umschließen, jeder der Hauptbrenner umfasst eine Hauptdüse, die zentral in einer zylindrischen Vormischdüse angeordnet ist, wobei ein Flüssigtreibstoff über an einem Umfang der Hauptdüse vorgesehene Treibstoffeinspritzöffnungen in Richtung einer Innenfläche einer verlängerten Düse eingespritzt wird, welche mit einer Stromaufwärtsseite der Vormischdüse verbunden ist, und wobei ein Einspritzmuster für den durch die Treibstoffeinspritzlöcher in Richtung der Innenfläche der verlängerten Düse eingespritzten Flüssigtreibstoff so eingestellt ist, dass es sich zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern unterscheidet.In particular, a gas turbine combustor according to the present invention comprises: a pilot burner arranged centrally in a combustor casing, and a plurality of main burners arranged to encircle the periphery of the pilot burner, each of the main burners comprising a main nozzle arranged centrally in a cylindrical premixing nozzle, wherein a liquid fuel is injected toward an inner surface of an elongated nozzle connected to an upstream side of the premixing nozzle through fuel injection holes provided on a periphery of the main nozzle, and wherein an injection pattern for the fuel injected through the fuel injection holes toward the inner surface of the elongated Nozzle-injected liquid fuel is adjusted to differ between the plurality of main burners.

Gemäß der Gasturbinenbrennkammer kann die Konzentrationsverteilung des Treibstoff-Luft-Gemisches (das die Druckluft und den Flüssigtreibstoff enthält) aufgrund des Einspritzmusters für den Flüssigtreibstoff, welches sich zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern unterscheidet, zwischen den Hauptbrennern variiert werden, sodass die Länge und Form der von den Hauptbrennern ausgestoßenen Verbrennungsflammen unterschiedlich ausfallen. Aufgrund dessen können die Konzentration der Wärmefreisetzungsrateverteilung sowie der Punkt der maximalen Wärmefreisetzung der Mehrzahl von Verbrennungsflammen an einer Position in der Axialrichtung der Brennkammer sowie Verbrennungsschwingungen verhindert werden.According to the gas turbine combustor, the concentration distribution of the fuel-air mixture (which contains the compressed air and the liquid fuel) can be varied between the main burners due to the injection pattern for the liquid fuel, which is different between the plurality of main burners, so that the length and shape of the of combustion flames emitted by the main burners vary. Due to this, the concentration of the heat release rate distribution as well as the maximum heat release point of the plurality of combustion flames at a position in the axial direction of the combustor and combustion vibration can be prevented.

Darüber hinaus tritt durch die Beibehaltung der gleichen Form der Luftströmungspfade bei der Mehrzahl von Hauptbrennern keine Änderung des Formdruckverlustes der Luft und keine Unwucht in der Luftverteilung ein. Folglich ist die NOx-Erzeugung aufgrund der vergrößerten durchschnittlichen Flammengeschwindigkeit an den bestimmten Hauptbrennern mit minimalem Luftverbrauch unterdrückt und die durch die Brennkammer insgesamt erzeugte NOx-Menge kann reduziert werden.In addition, by keeping the shape of the air flow paths the same in the plurality of main burners, there occurs no change in the shape pressure loss of the air and imbalance in the air distribution. Consequently, NOx generation is suppressed with minimum air consumption due to the increased average flame speed at the specific main burners, and the total amount of NOx generated by the combustor can be reduced.

Als eine Konfiguration, bei der sich das Einspritzmuster des durch die Treibstoffeinspritzöffnungen eingespritzten Flüssigtreibstoffes zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern unterscheidet, kann der Einspritzwinkel für den Flüssigtreibstoff durch die Treibstoffeinspritzöffnungen bei der Mehrzahl von Hauptbrennern unterschiedlich ausfallen.As a configuration in which the injection pattern of the liquid fuel injected through the fuel injection ports differs between the plurality of main burners, the injection angle of the liquid fuel through the fuel injection ports may differ among the plurality of main burners.

Ebenso kann sich bei einer Konfiguration, bei der die Einspritzmuster des Flüssigtreibstoffs jeweils voneinander abweichen, die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen in der Axialrichtung an der Hauptdüse zwischen den einzelnen Hauptbrennern unterscheiden. Die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen, wie hier angegeben, kann sich auf die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen an der Hauptdüse in Axialrichtung zusätzlich zu der Umfangsrichtung oder das Muster beziehen, in der bzw. dem die Treibstoffeinspritzöffnungen angeordnet sind.Also, in a configuration in which the injection patterns of the liquid fuel differ from each other, the position of the fuel injection ports in the axial direction on the main nozzle may differ between each main burner. The location of the fuel injection ports as referred to herein may refer to the location of the fuel injection ports on the main nozzle in the axial direction in addition to the circumferential direction or pattern in which the fuel injection ports are arranged.

Ebenso kann sich bei einer Konfiguration, bei der die Einspritzmuster des Flüssigtreibstoffs jeweils voneinander abweichen, die Anzahl der Treibstoffeinspritzöffnungen an der Hauptdüse zwischen den einzelnen Hauptbrennern unterscheiden.Also, in a configuration where the liquid fuel injection patterns differ from each other, the number of fuel injection ports on the main nozzle may differ between each main burner.

Ebenso kann sich bei einer Konfiguration, bei der die Einspritzmuster des Flüssigtreibstoffs jeweils voneinander abweichen, der Durchmesser der Treibstoffeinspritzöffnungen an der Hauptdüse zwischen den einzelnen Hauptbrennern unterscheiden.Also, in a configuration where the liquid fuel injection patterns differ from each other, the diameter of the fuel injection orifices on the main nozzle may differ between each main burner.

Eine einfache, kostengünstige Konfiguration, bei der sich die Treibstoffeinspritzöffnungen an der Hauptdüse zwischen den jeweiligen Hauptbrennern, wie oben beschrieben, in Bezug auf den Winkel der Treibstoffeinspritzung, die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen, die Anzahl der Treibstoffeinspritzöffnungen, den Durchmesser der Treibstoffeinspritzöffnungen und dergleichen unterscheiden, ermöglicht es dem Einspritzmuster für den Flüssigtreibstoff, sich zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern zu unterscheiden, wodurch der Länge und Form der von den Hauptbrennern ausgestoßenen Verbrennungsflammen Varianz gegeben wird. Aufgrund dessen können die Konzentration der Wärmefreisetzungsrateverteilung (Punkt der maximalen Wärmefreisetzung) der Mehrzahl von Verbrennungsflammen an einer Position in der Brennkammer sowie Verbrennungsschwingungen verhindert werden.A simple, inexpensive configuration in which the fuel injection openings on the main nozzle differ between the respective main burners, as described above, in terms of the angle of fuel injection, the position of the fuel injection openings, the number of fuel injection openings, the diameter of the fuel injection openings and the like allows the liquid fuel injection pattern to differ between the plurality of main burners, thereby giving variance to the length and shape of the combustion flames ejected from the main burners. Due to this, the concentration of the heat release rate distribution (maximum heat release point) of the plurality of combustion flames at one position in the combustion chamber and combustion oscillations can be prevented.

Darüber hinaus können sich gemäß einer jeglichen der oben beschriebenen Konfigurationen die Einspritzmuster, bedingt durch eine Position der Hauptdüse bezüglich der Vormischdüse, welche in mindestens einer Richtung der Gruppe, die aus einer Axialrichtung und einer Umfangsrichtung besteht, variabel ist, unterscheiden.Moreover, according to any of the configurations described above, the injection patterns may differ due to a position of the main nozzle relative to the premixing nozzle, which is variable in at least one direction of the group consisting of an axial direction and a circumferential direction.

Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann selbst in dem Fall, dass die Hauptdüsen selbst in Bezug auf den Winkel für die Treibstoffeinspritzung, die Position, die Anzahl, den Durchmesser und ähnliches der Treibstoffeinspritzöffnungen keine Unterschiede aufweisen, die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen dadurch in Axial- und Umfangsrichtung variiert werden, indem die Position der Hauptdüse in mindestens einer Richtung der Gruppe, bestehend aus der Axialrichtung und der Umfangsrichtung, variiert wird. Folglich kann das Einspritzmuster des aus der Mehrzahl von Hauptbrennern eingespritzten Flüssigtreibstoffes auf eine größere Bandbreite an Konfigurationen eingestellt werden.According to the configuration described above, even in the case that the main nozzles themselves have no differences in the angle for fuel injection, the position, number, diameter and the like of the fuel injection holes, the position of the fuel injection holes in the axial and circumferential directions can thereby can be varied by varying the position of the main nozzle in at least one of the group consisting of the axial direction and the circumferential direction. Consequently, the injection pattern of the liquid fuel injected from the plurality of main burners can be adjusted to a wider range of configurations.

Weiterhin umfasst ein Gasturbinentriebwerk gemäß der vorliegende Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 7 umfassend einen Verdichter, der Luft komprimiert, die Gasturbinenbrennkammer gemäß der Erfindung, die iim Betrieb einen Treibstoff in der Luft verbrennt, die vom Kompressor vorab verdichtet wurde, und eine Turbine, die durch die Ausdehnung eines Verbrennungsgases angetrieben wird, das aus der Gasturbinenbrennkammer austritt.Furthermore, a gas turbine engine according to the present invention comprises the features of claim 7 comprising a compressor which compresses air, the gas turbine combustor according to the invention which in operation combusts a fuel in the air which has been previously compressed by the compressor, and a turbine which is driving the expansion of a combustion gas exiting the gas turbine combustor.

Entsprechend der oben beschriebenen Konfiguration verfügt das Gasturbinentriebwerk, das Flüssigtreibstoff verwendet, über eine verhältnismäßig einfache, kostengünstige Konfiguration, bei der Treibstoffeinspritzöffnungen an den Hauptdüsen variiert werden oder lediglich die Position der Hauptdüsen in Axial- und/oder Umfangsrichtung variiert wird. Als Folge der Konfiguration wird die Konzentrationsverteilung des Treibstoff-Luft-Gemisches (enthält die Druckluft und den Flüssigtreibstoff) zwischen den Hauptbrennern variiert, und die Länge (Form) der von den Hauptbrennern ausgestoßenen Flammen wird variiert. Aufgrund dessen kann die Konzentration der Wärmefreisetzungsrateposition (Wärmefreisetzungsrateverteilung) der Mehrzahl von Einspritzflammen an einer Position in der Axialrichtung der Brennkammer sowie Verbrennungsschwingungen verhindert werden.According to the configuration described above, the gas turbine engine using liquid fuel has a relatively simple, inexpensive configuration in which fuel injection ports on the main nozzles are varied or only the position of the main nozzles is varied in the axial and/or circumferential directions. As a result of the configuration, the concentration distribution of the fuel-air mixture (containing the compressed air and the liquid fuel) between the main burners is varied, and the length (shape) of the flames ejected from the main burners is varied. Due to this, the concentration of the heat release rate position (heat release rate distribution) of the plurality of injection flames at one position in the axial direction of the combustion chamber and combustion vibration can be prevented.

Wie oben beschrieben, kann entsprechend der Gasturbinenbrennkammer und dem Gasturbinentriebwerk, mit der dieses nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, eine Gasturbinenbrennkammer, die Flüssigtreibstoff verwendet, die Entwicklung von Verbrennungsschwingungen mit einer einfachen, sehr kostengünstigen Konfiguration verhindern.As described above, according to the gas turbine combustor and the gas turbine engine provided therewith according to the present invention, a gas turbine combustor using liquid fuel can prevent combustion oscillations from developing with a simple, very inexpensive configuration.

  • 1 ist eine Längsschnittansicht in Axialrichtung einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einem ersten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung. 1 14 is a longitudinal sectional view in the axial direction of a gas turbine combustor according to a first example, for explaining features of the present invention.
  • 2 ist eine Längsschnittansicht entlang der Linie II-II in 1., welche die Gasturbinenbrennkammer darstellt. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II in FIG 1 . showing the gas turbine combustor.
  • Bei 3 handelt es sich um eine Längsschnittansicht eines Hauptbrenners und der Verbrennungsflammen sowie eine Hitzeverteilungsgrafik, welche die Auswirkungen des ersten Beispiels illustriert.at 3 Figure 1 is a longitudinal sectional view of a main burner and combustion flames and a heat distribution graph illustrating the effects of the first example.
  • 4 ist eine Längsschnittansicht des Hauptbrenners und der Verbrennungsflammen gemäß einem zweiten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung. 4 Fig. 14 is a longitudinal sectional view of the main burner and combustion flames according to a second example for explaining features of the present invention.
  • 5 ist eine Frontansicht der Hauptbrenner (Hauptdüsen, Treibstoffeinspritzöffnungen und verlängerte Düsen) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 12 is a front view of the main burners (main nozzles, fuel injection ports, and extended nozzles) of an embodiment of the present invention.
  • 6 ist eine Frontansicht der Hauptbrenner (Hauptdüsen, Treibstoffeinspritzöffnungen und verlängerte Düsen) einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 12 is a front view of the main burners (main nozzles, fuel injection ports, and extended nozzles) of a second embodiment of the present invention.
  • 7 ist eine Längsschnittansicht des Hauptbrenners und der Verbrennungsflammen gemäß einem dritten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung. 7 Fig. 14 is a longitudinal sectional view of the main burner and combustion flames according to a third example for explaining features of the present invention.

Ausführungsformen der Gasturbinenbrennkammer gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the gas turbine combustor according to the present invention will now be described with reference to the drawings.

1 ist eine Längsschnittansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einem ersten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung. 1 Fig. 14 is a longitudinal sectional view of a gas turbine combustor according to a first example for explaining features of the present invention.

Die Gasturbinenbrennkammer 1 kann auf ein Gasturbinentriebwerk (nicht dargestellt) montiert werden. Gasturbinentriebwerke sind, wie bekannt, mit einem Verdichter, der Luft komprimiert, einer Gasturbinenbrennkammer, die einen Treibstoff in der Luft verbrennt, die vom Kompressor vorab verdichtet wurde, und einer Turbine, die durch die Ausdehnung eines Verbrennungsgases angetrieben wird, das aus der Gasturbinenbrennkammer austritt, ausgestattet. Die Energie des Verbrennungsgases, das in der Gasturbinenbrennkammer erzeugt wird, wird dazu verwendet, um die Turbine mit hoher Geschwindigkeit zu drehen, wodurch eine Wellenleistung erzeugt wird, mit der ein Generator oder ähnliches angetrieben wird. Die Gasturbinenbrennkammer 1 der vorliegenden Erfindung kann als die oben beschriebene Gasturbinenbrennkammer verwendet werden.The gas turbine combustor 1 can be mounted on a gas turbine engine (not shown). Gas turbine engines are known to have a compressor that compresses air, a gas turbine combustor that combusts a fuel in air precompressed by the compressor, and a turbine that is driven by the expansion of a combustion gas exiting the gas turbine combustor , fitted. The energy of the combustion gas generated in the gas turbine combustor is used to rotate the turbine at high speed, thereby generating shaft power to drive a generator or the like. The gas turbine combustor 1 of the present invention can be used as the gas turbine combustor described above.

Die Gasturbinenbrennkammer 1 weist eine typische Konfiguration einer Vormischbrennkammer auf, wobei die Gasturbinenbrennkammer 1 mit einem Brennkammergehäuse 2, das dem äußeren Umfang der Gasturbinenbrennkammer 1 entspricht, einem Zündbrenner 3, der entlang einer Hauptachse C des Brennkammergehäuses 2 ausgerichtet ist, und einer Mehrzahl (beispielsweise 8) von Hauptbrennern 4, die in gleichmäßigen Abständen angebracht sind, um den Umfang des Zündbrenners 3 zu umschließen, ausgestattet ist. Es ist zu beachten, dass die von dem Kompressor (nicht dargestellt) verdichtete Druckluft A durch das Innere der Gasturbinenbrennkammer 1 (Brennkammergehäuse 2) von der linken Seite zur rechten Seite in Bezug auf 1 strömt.The gas turbine combustor 1 has a typical configuration of a premixed combustor, wherein the gas turbine combustor 1 is provided with a combustor casing 2 corresponding to the outer periphery of the gas turbine combustor 1, a pilot burner 3 aligned along a major axis C of the combustor casing 2, and a plurality (e.g., 8 ) of main burners 4 mounted at regular intervals to encircle the perimeter of the pilot burner 3. Note that the compressed air A compressed by the compressor (not shown) flows through the inside of the gas turbine combustor 1 (combustor casing 2) from the left side to the right side with respect to FIG 1 flows.

Der Zündbrenner 3 ist mit einer stabförmigen Zünddüse 5 an einem zentralen axialen Abschnitt des Zündbrenners 3 ausgestattet. Die Spitze der Zünddüse 5 auf der nachgelagerten Seite ist mit einer Mehrzahl von Treibstoffeinspritzöffnungen 6 ausgestattet. Darüber hinaus ist ein im Wesentlichen trichterförmiges Zünddüsengehäuse 7 so angebracht, dass der Umfang der Zünddüse 5 mit einer dazwischen belassenen Lücke umschlossen wird. Der Durchmesser des Zünddüsengehäuses 7 nimmt stromabwärts zur Strömungsrichtung der Druckluft A langsam ab.The pilot burner 3 is equipped with a rod-shaped pilot nozzle 5 at a central axial portion of the pilot burner 3 . The tip of the ignition nozzle 5 on the downstream side is provided with a plurality of fuel injection ports 6 . In addition, a substantially funnel-shaped squib case 7 is attached so as to enclose the periphery of the squib 5 with a gap left therebetween. The diameter of the ignition nozzle housing 7 slowly decreases downstream in the direction of flow of the compressed air A.

Eine Mehrzahl von flügelförmigen Zünddrallkörpern 8 ist auf der Innenfläche des Zünddüsengehäuses 7 angebracht und erstreckt sich in Richtung der Seite des Zünddüsengehäuses 7. Die Zünddrallkörper 8 haben einen Neigungswinkel, der in der jeweils gleichen Richtung geneigt ist. Folglich wird der Strom der Druckluft A, die durch das Innere des Zünddüsengehäuses 7 strömt, zu einer Zirkulationsströmung (einer Drallströmung).A plurality of wing-shaped ignition swirlers 8 are mounted on the inner surface of the ignition nozzle body 7 and extend toward the side of the ignition nozzle body 7. The ignition swirlers 8 have an inclination angle inclined in the same direction, respectively. Consequently, the flow of the compressed air A flowing through the inside of the ignition nozzle case 7 becomes a circulation flow (a swirl flow).

Darüber hinaus wird ein Zündkegel 9 bereitgestellt, der den Umfang der Zünddüse 5 umschließt. Der Zündkegel 9 ist im Wesentlichen trichterförmig. Sein Durchmesser wird stromabwärts in Bezug auf den Druckluftstrom A größer. Das nachgeordnete Endstück des Zünddüsengehäuses 7 ist zu einem kleinen Teil in ein vorgeordnetes Endstück des Zündkegels 9 mit einer in der Radialrichtung dazwischen belassenen Lücke eingeführt.In addition, an ignition cone 9 is provided, which encloses the circumference of the ignition nozzle 5 . The ignition cone 9 is essentially funnel-shaped. Its diameter increases downstream with respect to the compressed air flow A. The downstream end of the ignition nozzle body 7 is inserted to a small extent into an upstream end of the ignition cone 9 with a gap left therebetween in the radial direction.

Ein Flüssigtreibstoff F1 wird über die Treibstoffeinspritzöffnungen 6 an der Zünddüse 5 in die umlaufende Strömung (Drallströmung) der Druckluft A eingespritzt, die durch das Innere des Zünddüsengehäuses 7 strömt. Da die Druckluft A zirkuliert, wird die Mischung der Druckluft A mit dem Flüssigtreibstoff F1 beschleunigt. Auf diese Weise wird ein Treibstoff-Luft-Gemisch M1 dadurch erzeugt, dass der Flüssigtreibstoff F1 mit der Druckluft A im Zündbrenner 3 vorgemischt wird.A liquid fuel F<b>1 is injected into the circulating flow (swirl flow) of the compressed air A flowing through the inside of the ignition nozzle body 7 via the fuel injection ports 6 on the ignition nozzle 5 . As the compressed air A circulates, mixing of the compressed air A with the liquid fuel F1 is accelerated. In this way, a fuel-air mixture M1 is generated in that the liquid fuel F1 is premixed with the compressed air A in the pilot burner 3 .

Das Treibstoff-Luft-Gemisch M1 wird durch eine Zündflamme (nicht dargestellt) beim Einspritzen aus dem Zündkegel 9 in Richtung eines Verbrennungsbereichs (nicht dargestellt) entzündet, und es findet eine Diffusionsverbrennung im Zündkegel 9 oder in einem diesem nachgeordneten Bereich statt. Es ist zu beachten, dass das Treibstoff-Luft-Gemisch M1, das von dem Zündbrenner 3 eingespritzt wird, sowie die Verbrennungsflammen davon an einer Diffusion in einer zentrifugalen Richtung durch den Zündkegel 9 gehindert werden. Folglich wird eine Störung der Verbrennungsflammen eines Treibstoff-Luft-Gemischs M2 aus den unten beschriebenen Hauptbrennern 4 verhindert.The fuel-air mixture M1 is injected by an ignition flame (not shown) from the ignition cone 9 in the direction of combustion voltage range (not shown) ignited, and there is a diffusion combustion in the ignition cone 9 or in a subordinate area. It should be noted that the fuel-air mixture M<b>1 injected from the pilot burner 3 and the combustion flames thereof are prevented from diffusing in a centrifugal direction by the pilot cone 9 . Consequently, the combustion flames of a fuel-air mixture M2 from the main burners 4 described below are prevented from being disturbed.

Nun zu der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 gelangend, ist jeder Hauptbrenner 4 mit einer stabförmigen Hauptdüse 11 an einer zentralen Axialposition davon ausgestattet. Jede der Hauptdüsen 11 hat eine sich verjüngende konische Form mit einem Endstück, das an der dem Strom der Druckluft A nachgeordneten Seite zur Spitze hin schmäler wird. Darüber hinaus wird eine Vormischdüse 12 bereitgestellt, die den Umfang der Hauptdüse 11 umschließt. Die Vormischdüse 12 ist im Wesentlichen zylindrisch geformt und hat eine sich erweiternde glockenförmig aufgeweitete Form an einem Eingang an der der Vormischdüse 12 vorgelagerten Seite. Ein Ausgang an der nachgeordneten Seite der Vormischdüse 12 ist mit einer verlängerten Düse 13 verbunden. Ein Endstück der verlängerten Düse 13 an der Vormischdüse 12 ist kreisförmig. Die Öffnung des Endstückes an der Ausgangsseite der verlängerten Düse 13 ist jedoch im Wesentlichen fächerförmig, wobei die Form der Innenfläche des Brennkammergehäuses 2 und der Außenoberfläche des Zündkegels 9 folgt, wie in 2 dargestellt.Coming now to the plurality of main burners 4, each main burner 4 is provided with a rod-shaped main nozzle 11 at a central axial position thereof. Each of the main nozzles 11 has a tapered conical shape with a tip narrowing toward the tip on the downstream side of the compressed air A flow. In addition, a premixing nozzle 12 is provided, which encloses the periphery of the main nozzle 11 . The premixing nozzle 12 is formed into a substantially cylindrical shape and has an expanding bell-shaped flared shape at an entrance on the upstream side of the premixing nozzle 12 . An exit on the downstream side of the premixing nozzle 12 is connected to an extended nozzle 13 . A tip of the elongated nozzle 13 on the premix nozzle 12 is circular. However, the opening of the end piece on the exit side of the elongated nozzle 13 is substantially fan-shaped, the shape following the inner surface of the combustion chamber casing 2 and the outer surface of the ignition cone 9, as shown in FIG 2 shown.

Eine Mehrzahl von flügelförmigen Hauptdrallkörpern 14 (siehe 1) erstreckt sich radial von der Außenoberfläche der Hauptdüse 11 und ist an der Innenfläche der Vormischdüse 12 befestigt. Die Hauptdüse 11 ist im zentralen Abschnitt der Vormischdüse 12 über die Hauptdrallkörper 14 befestigt. Jeder der Hauptdrallkörper 14 hat einen Neigungswinkel, der in der jeweils gleichen Richtung geneigt ist. Folglich tritt eine umlaufende Strömung (Drallströmung) in der gleichen Drehrichtung in dem Druckluftstrom A auf, der durch das Innere einer jeden der Vormischdüsen 12 strömt.A plurality of wing-shaped main swirlers 14 (see 1 ) extends radially from the outer surface of the main nozzle 11 and is attached to the inner surface of the premix nozzle 12. The main nozzle 11 is fixed in the central portion of the premixing nozzle 12 via the main swirlers 14 . Each of the main swirlers 14 has an inclination angle inclined in the same direction as each other. Consequently, a circulating flow (swirl flow) occurs in the same rotating direction in the compressed air flow A flowing through the interior of each of the premixing nozzles 12 .

Die Hauptdüse 11 ist mit einer Mehrzahl von Treibstoffeinspritzöffnungen 15 auf der kreisförmigen konischen Außenoberfläche ungefähr auf der Spitze der Hauptdüse 11 ausgestattet. Ein Flüssigtreibstoff F2 wird durch die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 eingespritzt. Der Flüssigtreibstoff F2 wird geneigt in Richtung auf eine Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 eingespritzt. Als Ergebnis des Auftreffens des Flüssigtreibstoffs F2 auf die Innenfläche 13a wird der Flüssigtreibstoff F2 atomisiert und mit der Druckluft A vermischt. Die Mischung der Druckluft A und des Flüssigtreibstoffs F2 wird dadurch beschleunigt, dass die Druckluft A in der Vormischdüse 12 zirkuliert.The main nozzle 11 is provided with a plurality of fuel injection ports 15 on the circular conical outer surface approximately at the tip of the main nozzle 11 . A liquid fuel F2 is injected through the fuel injection ports 15. FIG. The liquid fuel F2 is injected obliquely toward an inner surface 13a of the elongated nozzle 13 . As a result of the liquid fuel F2 hitting the inner surface 13a, the liquid fuel F2 is atomized and mixed with the compressed air A. The mixing of the compressed air A and the liquid fuel F2 is accelerated in that the compressed air A circulates in the premixing nozzle 12 .

Auf diese Weise wird ein Treibstoff-Luft-Gemisch M2 dadurch erzeugt, dass der Flüssigtreibstoff F2 mit der Druckluft A in den Hauptbrennern 4 vorgemischt wird. Das Treibstoff-Luft-Gemisch M2 wird dann in Richtung des Verbrennungsbereichs (nicht dargestellt) über die verlängerte Düse 13 eingespritzt, wobei das Treibstoff-Luft-Gemisch M2 durch die Verbrennungsflammen des Treibstoff-Luft-Gemischs M1 entzündet wird, das über den Zündbrenner 3 eingespritzt wird. Als Ergebnis entstehen Verbrennungsflammen FA1, FA2. Es ist zu beachten, dass die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 nicht an den Hauptdüsen 11 vorgesehen sein müssen und auch beispielsweise am Rand der Hauptdüsen 11 angebracht sein können, beispielsweise auf der Flügeloberfläche der Hauptdrallkörper 14.In this way, a fuel-air mixture M2 is generated in that the liquid fuel F2 is premixed with the compressed air A in the main burners 4. The fuel-air mixture M2 is then injected toward the combustion region (not shown) via the extended nozzle 13, the fuel-air mixture M2 being ignited by the combustion flames of the fuel-air mixture M1 ignited via the pilot burner 3 is injected. As a result, combustion flames FA1, FA2 arise. It should be noted that the fuel injection openings 15 need not be provided on the main nozzles 11 and can also be provided, for example, on the edge of the main nozzles 11, for example on the wing surface of the main swirlers 14.

Die Turbine (nicht dargestellt) des Gasturbinentriebwerks wird durch den Expansionsdruck des Verbrennungsgases der Verbrennungsflammen angetrieben, die vom Zündbrenner 3 sowie von den Hauptbrennern 4 ausgestoßen werden. Folglich wird eine Leistung erzeugt, und der koaxial auf der Hauptwelle der Turbine angebrachte Verdichter wird angetrieben und liefert die Druckluft A.The turbine (not shown) of the gas turbine engine is driven by the expansion pressure of the combustion gas of the combustion flames ejected from the pilot burner 3 and the main burners 4. As a result, power is generated and the compressor mounted coaxially on the main shaft of the turbine is driven and delivers the compressed air A.

Bei der vorliegenden Erfindung ist das Einspritzmuster für den Flüssigtreibstoff F2, der über die an der Hauptdüse 11 vorgesehenen Treibstoffeinspritzöffnungen 15 in Richtung der Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 eingespritzt wird, so eingestellt, dass es sich zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 (Hauptdüsen 11) unterscheidet.In the present invention, the injection pattern for the liquid fuel F2 injected toward the inner surface 13a of the extended nozzle 13 via the fuel injection ports 15 provided on the main nozzle 11 is set to vary between the plurality of main burners 4 (main nozzles 11) differs.

Insbesondere unterscheidet sich ein Einspritzwinkel für den Flüssigtreibstoff F2 über die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 zwischen den einzelnen Hauptbrennern 4 (Hauptdüsen 11). Beispielsweise ist ein Winkel für die Treibstoffeinspritzung θ2 der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 an der Hauptdüse 11 in 1 auf der Unterseite auf einen spitzeren Winkel eingestellt als ein Treibstoffeinspritzwinkel θ1 der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 an der Hauptdüse 11 auf der Oberseite. Folglich variiert die Position, an welcher der Flüssigtreibstoff F2 die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 trifft, zwischen dem Treibstoffeinspritzwinkeln θ1 und θ2, wie in der Längsschnittdarstellung in der unteren Hälfte von 3 dargestellt. Dies ist nämlich der Unterschied bei den Einspritzmustern.Specifically, an injection angle for the liquid fuel F2 via the fuel injection ports 15 differs between each main burner 4 (main nozzle 11). For example, an angle for fuel injection θ2 of the fuel injection ports 15 on the main nozzle 11 is in 1 on the lower side is set at a more acute angle than a fuel injection angle θ1 of the fuel injection ports 15 on the main nozzle 11 on the upper side. Consequently, the position at which the liquid fuel F2 hits the inner surface 13a of the elongated nozzle 13 varies between the fuel injection angles θ1 and θ2, as in the longitudinal sectional view in the lower half of FIG 3 shown. Namely, this is the difference in the injection patterns.

Wie in 3 dargestellt, trifft bei einem Treibstoffeinspritzwinkel θ1 der eingespritzte Flüssigtreibstoff F2 auf die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 und atomisiert an einer Stelle, die im Verhältnis dem Strom der Druckluft A vorgelagert ist. Infolgedessen wird das Treibstoff-Luft-Gemisch M2 früher entzündet und mit einer Länge L1 ist die Verbrennungsflamme FA1 verhältnismäßig kurz. Wenn der Winkel der Treibstoffeinspritzung bei θ2 liegt, der spitzer ist als θ1, trifft der eingespritzte Flüssigtreibstoff F2 auf die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 an einer im Verhältnis nachgeordneten Stelle. Infolgedessen wird die Entzündung verzögert und eine Länge L2 für die Verbrennungsflamme FA2 ist verhältnismäßig lang.As in 3 1, at a fuel injection angle θ1, the injected liquid fuel F2 hits the inner surface 13a of the elongated nozzle 13 and atomizes at a position upstream of the flow of the compressed air A in proportion. As a result, the fuel-air mixture M2 ignited earlier and with a length L1, the combustion flame FA1 is relatively short. When the angle of fuel injection is θ2, which is more acute than θ1, the injected liquid fuel F2 hits the inner surface 13a of the elongated nozzle 13 at a relatively downstream location. As a result, the ignition is delayed and a length L2 for the combustion flame FA2 is relatively long.

Die Grafik in der oberen Hälfte von 3 stellt die Wärmeverteilung der Verbrennungsflammen FA1, FA2 in dem Brennkammergehäuse 2 in dessen Axialrichtung dar. Wie in 3 dargestellt, unterscheiden sich die Axiallänge der Wärmefreisetzungsrateverteilungen HD1 und HD2 und die Axialposition der Punkte für die maximale Wärmefreisetzung Hmax1 und Hmax2 zwischen der Verbrennungsflamme FA1, die dann gebildet wird, wenn der Winkel für die Treibstoffeinspritzung durch die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 bei θ1 liegt, und der Verbrennungsflamme FA2, die dann geformt wird, wenn der Winkel für die Treibstoffeinspritzung bei θ2 liegt.The graphic in the upper half of 3 Fig. 12 shows the heat distribution of the combustion flames FA1, FA2 in the combustor casing 2 in the axial direction thereof. As in Fig 3 shown, the axial length of the heat release rate distributions HD1 and HD2 and the axial position of the maximum heat release points Hmax1 and Hmax2 differ between the combustion flame FA1, which is formed when the angle for fuel injection through the fuel injection holes 15 is θ1, and the combustion flame FA2 formed when the fuel injection angle is θ2.

Es gibt mindestens zwei Winkelarten für die Treibstoffeinspritzung durch die Treibstoffeinspritzöffnungen 15, θ1 und θ2. Mögliche Anordnungen für selbige umfassen eine Unterteilung von acht Vormischdüsen 12 (Hauptdüsen 11) in zwei Gruppen sowie die abwechselnde Anordnung der Düsen der beiden Gruppen, oder eine symmetrische Anordnung von jeweils vier Gruppen, wobei jede eine einer jeden der Düsen, die den Treibstoffeinspritzwinkel θ1 und den Treibstoffeinspritzwinkel θ2 aufweisen, enthält, oder eine beliebige Anordnung der Düsen. Es kann auch mehr als zwei Winkelarten für die Treibstoffeinspritzung θ1 und θ2 geben.There are at least two types of angles for fuel injection through the fuel injection ports 15, θ1 and θ2. Possible arrangements for the same include dividing eight premixing nozzles 12 (main nozzles 11) into two groups, and arranging the nozzles of the two groups alternately, or symmetrically arranging four groups each, each having one of each of the nozzles having the fuel injection angle θ1 and having the fuel injection angle θ2, or any arrangement of the nozzles. There may also be more than two types of fuel injection angles θ1 and θ2.

Die wie oben beschrieben konfigurierte Gasturbinenbrennkammer 1 ermöglicht eine Variation der Konzentrationsverteilung des Treibstoff-Luft-Gemisches M2 (enthält die Druckluft A und den Flüssigtreibstoff F2) zwischen den Hauptbrennern 4 aufgrund des Einspritzmusters für den Flüssigtreibstoff F2, die sich zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 unterscheiden. Folglich werden Verbrennungsflammen FA1, FA2 aus den Hauptbrennern 4 ausgestoßen, die in der Länge L1, L2 und der Form variieren. Aufgrund dessen können eine Konzentration der Wärmefreisetzungsrateverteilung HD1, HD2 (der Punkt der maximalen Wärmefreisetzung Hmax1, Hmax2) der Mehrzahl von Verbrennungsflammen FA1, FA2 an einer Position in der Axialrichtung des Brennkammergehäuses 2 sowie Verbrennungsschwingungen der Gasturbinenbrennkammer 1 wirksam verhindert werden.The gas turbine combustor 1 configured as described above allows the concentration distribution of the air-fuel mixture M2 (containing the compressed air A and the liquid fuel F2) to be varied between the main burners 4 due to the injection pattern for the liquid fuel F2 being different between the plurality of main burners 4 . Consequently, combustion flames FA1, FA2 are ejected from the main burners 4, varying in length L1, L2 and shape. Due to this, concentration of the heat release rate distribution HD1, HD2 (the maximum heat release point Hmax1, Hmax2) of the plurality of combustion flames FA1, FA2 at a position in the axial direction of the combustor casing 2 and combustion vibration of the gas turbine combustor 1 can be effectively prevented.

Als eine Konfiguration, bei der sich das Einspritzmuster des Flüssigtreibstoffs F2 zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 unterscheidet, verfügt das vorliegende Beispiel über eine einfache, sehr kosteneffiziente Konfiguration, bei der sich die Einspritzwinkel θ1, θ2 des Flüssigtreibstoffs F2 aus den Treibstoffeinspritzöffnungen 15 an den Hauptdüsen 11 zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 unterscheiden. Als Ergebnis dieser Konfiguration können Verbrennungsschwingungen dadurch unterdrückt werden, dass unterschiedliche Einspritzmuster für den Flüssigtreibstoff F2 zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 bestehen.As a configuration in which the injection pattern of the liquid fuel F2 differs between the plurality of main burners 4, the present example has a simple, highly cost-effective configuration in which the injection angles θ1, θ2 of the liquid fuel F2 from the fuel injection ports 15 at the main nozzles 11 distinguish between the plurality of main burners 4. As a result of this configuration, combustion oscillations can be suppressed by having different injection patterns for the liquid fuel F<b>2 between the plurality of main burners 4 .

Darüber hinaus tritt durch die Beibehaltung einer gleichen Form der Strömungspfade der Druckluft A zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 keine Änderung des Formdruckverlustes der Luft und somit keine Unwucht in der Luftverteilung ein. Folglich ist die NOx-Entwicklung aufgrund der vergrößerten durchschnittlichen Flammengeschwindigkeit an den bestimmten Hauptbrennern 4 mit minimalem Luftverbrauch unterdrückt und die durch die Gasturbinenbrennkammer 1 insgesamt erzeugte NOx-Menge kann reduziert werden.In addition, by maintaining a same shape of the flow paths of the compressed air A between the plurality of main burners 4, there is no change in the shape pressure loss of the air, and thus no imbalance in the air distribution occurs. Consequently, NOx generation is suppressed with minimum air consumption due to the increased average flame speed at the specific main burners 4, and the total amount of NOx generated by the gas turbine combustor 1 can be reduced.

Es ist zu beachten, dass in dem oben beschriebenen Beispiel die Hauptdüse 11 jedes Hauptbrenners 4 über vier Treibstoffeinspritzöffnungen 15 verfügt, die bei Frontansicht, wie in 2 dargestellt, kreuzförmig, jeweils in einem Abstand von 90° zueinander, angeordnet sind. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend, und es kann eine andere Anzahl von Treibstoffeinspritzöffnungen 15 geben und/oder die Treibstoffeinspritzöffnungen können an anderen Stellen (Abstände) angeordnet sein.It should be noted that in the example described above, the main nozzle 11 of each main burner 4 has four fuel injection ports 15 which, when viewed from the front as shown in FIG 2 shown, are arranged in a cross shape, each at a distance of 90 ° to each other. However, this configuration is not mandatory and there may be a different number of fuel injection ports 15 and/or the fuel injection ports may be located at other locations (pitches).

4 ist eine Längsschnittansicht des Hauptbrenners 4 und der Verbrennungsflammen gemäß dem zweiten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Als eine Konfiguration, bei der sich das Einspritzmuster des Flüssigtreibstoffs F2, der über die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 in Richtung der Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 eingespritzt wird, zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 unterscheidet, unterscheiden sich in dem vorliegenden Beispiel die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 an der Hauptdüse 11 der Hauptbrenner 4 in Axialrichtung. 4 Fig. 14 is a longitudinal sectional view of the main burner 4 and combustion flames according to the second example for explaining features of the present invention. As a configuration in which the injection pattern of the liquid fuel F2 injected via the fuel injection ports 15 toward the inner surface 13a of the extended nozzle 13 differs between the plurality of main burners 4, the fuel injection ports 15 at the main nozzle differ in the present example 11 the main burner 4 in the axial direction.

Beispielsweise sind die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 an den Hauptdüsen 11 an drei Positionen P1, P2, P3 in Axialrichtung ausgerichtet. Die Nähe zur Spitze der Hauptdüse 11 in aufsteigender Richtung ist P1 → P2 → P3. Eine Mehrzahl von Hauptbrennern 4, die mit Hauptdüsen 11, welche die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 aufweisen, ausgestattet sind, unterscheiden sich in ihrer Axialrichtung insofern, als sie beliebig oder in Gruppen in dem Brennkammergehäuse 2 angeordnet sind.For example, the fuel injection ports 15 on the main nozzles 11 are aligned at three positions P1, P2, P3 in the axial direction. The proximity to the tip of the main nozzle 11 in the ascending direction is P1 → P2 → P3. A plurality of main burners 4 equipped with main nozzles 11 having the position of the fuel injection ports 15 differ in their axial direction in that they are arranged in the combustor casing 2 arbitrarily or in groups.

In Bezug auf die Positionen P1, P2, P3 in Axialrichtung der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 trifft der über eine Position näher der Spitze der Hauptdüse 11 eingespritzte Flüssigtreibstoff F2 auf die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 und wird an einer weiter nachgeordneten Position im Hinblick auf den Druckluftstrom A atomisiert. Folglich wird die Entzündung des Treibstoff-Luft-Gemisches M2 verzögert und die Verbrennungsflammen FA1, FA2, FA3 bilden jeweils die Längen L1, L2, L3.With respect to the positions P1, P2, P3 in the axial direction of the fuel injection ports 15, the liquid fuel F2 injected via a position closer to the tip of the main nozzle 11 hits the inner surface 13a of the extended nozzle 13 and is discharged at a more downstream position with respect to the compressed air flow A atomized. As a result, the ignition of the fuel-air mixture M2 is delayed and the combustion flames FA1, FA2, FA3 form the lengths L1, L2, L3, respectively.

Auf diese Weise kann bei einer besonders einfachen, sehr kosteneffektiven Konfiguration, bei der die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 auf den Hauptdüsen 11 in Axialrichtung variiert, wie bei dem ersten Beispiel, die Wärmefreisetzungsrateverteilung (Punkt der maximalen Wärmefreisetzung) der Mehrzahl von Verbrennungsflammen FA1, FA2, FA3 daran gehindert werden, sich an einer Position in Axialrichtung des Brennkammergehäuses 2 zu konzentrieren, und die Verbrennungsschwingungen der Gasturbinenbrennkammer 1 können unterdrückt werden.In this way, with a particularly simple, highly cost-effective configuration in which the position of the fuel injection ports 15 on the main nozzles 11 varies in the axial direction as in the first example, the heat release rate distribution (maximum heat release point) of the plurality of combustion flames FA1, FA2, FA3 can be prevented from concentrating at a position in the axial direction of the combustor casing 2, and the combustion vibration of the gas turbine combustor 1 can be suppressed.

Bei 5 handelt es sich um eine Frontansicht der Hauptbrenner 4 (Hauptdüsen 11, Treibstoffeinspritzöffnungen 15 und verlängerte Düsen 13) der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Als eine Konfiguration, bei der sich das Treibstoffeinspritzmuster zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 (Hauptdüsen 11) in der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet, unterscheiden sich die Position in Umfangsrichtung sowie das Muster für die Verteilung der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 zwischen den Hauptdüsen 11. Jede der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 kann den gleichen Durchmesser haben, oder dieser kann variieren.at 5 12 is a front view of the main burners 4 (main nozzles 11, fuel injection ports 15, and extended nozzles 13) of the first embodiment of the present invention. As a configuration in which the fuel injection pattern differs between the plurality of main burners 4 (main nozzles 11) in the present embodiment, the circumferential position as well as the distribution pattern of the fuel injection holes 15 differ between the main nozzles 11. Each of the fuel injection holes 15 can have the same diameter or this may vary.

Beispielsweise sind in dem ersten Beispiel vier Treibstoffeinspritzöffnungen 15 an jeder der Hauptdüsen 11 der Hauptbrenner 4 bei einer Frontansicht, wie in 2 dargestellt, in kreuzförmiger Anordnung, 90° voneinander entfernt, angebracht. In der ersten Ausführungsform sind jedoch die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 an jeder der Hauptdüsen 11 der angrenzenden Hauptbrenner 4 ausgeformt. Die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 sind in unregelmäßigen Abständen an der Spitze der konischen Oberfläche der Hauptdüsen 11 in Umfangsrichtung R ausgerichtet. Folglich unterscheidet sich der Bereich, in dem der Flüssigtreibstoff F2 über die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 auf die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 trifft, zwischen den einzelnen Hauptbrennern 4.For example, in the first example, four fuel injection ports 15 are provided on each of the main nozzles 11 of the main burners 4 in a front view as shown in FIG 2 shown mounted in a cruciform configuration 90° apart. However, in the first embodiment, the fuel injection ports 15 are formed at each of the main nozzles 11 of the adjacent main burners 4 . The fuel injection ports 15 are aligned in the circumferential direction R at irregular intervals at the tip of the conical surface of the main nozzles 11 . Consequently, the area where the liquid fuel F2 strikes the inner surface 13a of the extended nozzle 13 via the fuel injection ports 15 differs between each main burner 4.

Auf diese Weise kann bei einer einfachen, kosteneffektiven Konfiguration, bei der die Positionen der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 auf den Hauptdüsen 11 in Umfangsrichtung variieren, wie bei dem ersten und zweiten Beispiel, die Wärmefreisetzungsrateverteilung (Punkt der maximalen Wärmefreisetzung) der von den Hauptbrennern 4 ausgestoßenen Verbrennungsflammen daran gehindert werden, sich an einer Position in Axialrichtung des Brennkammergehäuses 2 zu konzentrieren, und die Verbrennungsschwingungen der Gasturbinenbrennkammer können unterdrückt werden.In this way, with a simple, cost-effective configuration in which the positions of the fuel injection ports 15 on the main nozzles 11 vary in the circumferential direction, as in the first and second examples, the heat release rate distribution (point of maximum heat release) of the combustion flames ejected from the main burners 4 thereon can be prevented from concentrating at a position in the axial direction of the combustor casing 2, and the combustion vibration of the gas turbine combustor can be suppressed.

Bei 6 handelt es sich um eine Frontansicht der Hauptbrenner 4 (Hauptdüsen 11, Treibstoffeinspritzöffnungen 15 und verlängerte Düsen 13) der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Als eine Konfiguration, bei der sich das Treibstoffeinspritzmuster zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 (Hauptdüsen 11) in der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet, unterscheiden sich die Anzahl und der Durchmesser der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 zwischen den Hauptdüsen 11.at 6 12 is a front view of the main burners 4 (main nozzles 11, fuel injection ports 15, and extended nozzles 13) of the second embodiment of the present invention. As a configuration in which the fuel injection pattern differs between the plurality of main burners 4 (main nozzles 11) in the present embodiment, the number and diameter of the fuel injection holes 15 differ between the main nozzles 11.

Beispielsweise im Gegensatz zur Hauptdüse 11 eines ersten angrenzenden Hauptbrenners 4, an dem drei Treibstoffeinspritzöffnungen 15a mit gleichem Durchmesser in unregelmäßigen Abständen angebracht sind, ähnlich der Konfiguration der ersten Ausführungsform (siehe 5), ist die Hauptdüse 11 eines zweiten angrenzenden Hauptbrenners 4 mit vier Treibstoffeinspritzöffnungen 15b, 15c, 15d, 15e in unregelmäßigen Abständen ausgestattet. In dieser Gruppe verfügt 15b über einen Durchmesser, der größer ist als der von 15a. Die übrigen drei der Gruppe, 15c, 15d, 15e weisen einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der von 15a. Folglich unterscheidet sich der Bereich, in dem der Flüssigtreibstoff F2, der über die Treibstoffeinspritzöffnungen 15a bis 15e eingespritzt wird, auf die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 trifft, zwischen den einzelnen Hauptbrennern 4 in ähnlicher Weise wie in der ersten Ausführungsform. Auch die eingespritzte Menge ist unterschiedlich.For example, in contrast to the main nozzle 11 of a first adjacent main burner 4 on which three fuel injection ports 15a having the same diameter are formed at irregular intervals similar to the configuration of the first embodiment (see Fig 5 ), the main nozzle 11 of a second adjacent main burner 4 is provided with four fuel injection ports 15b, 15c, 15d, 15e at irregular intervals. In this group, 15b has a diameter larger than that of 15a. The remaining three of the group, 15c, 15d, 15e have a diameter smaller than that of 15a. Consequently, the area where the liquid fuel F2 injected via the fuel injection ports 15a to 15e strikes the inner surface 13a of the elongated nozzle 13 differs between each main burner 4 in a manner similar to the first embodiment. The amount injected is also different.

Auf diese Weise kann bei einer einfachen, kosteneffektiven Konfiguration, bei der sich die Anzahl und der Durchmesser der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 auf den Hauptdüsen 11 voneinander unterscheiden, wie bei dem ersten und zweiten Beispiel und der ersten Ausführungsform, die Wärmefreisetzungsrateverteilung (Punkt der maximalen Wärmefreisetzung) der Mehrzahl von Verbrennungsflammen daran gehindert werden, sich an einer Position in Axialrichtung des Brennkammergehäuses 2 zu konzentrieren und die Verbrennungsschwingungen der Gasturbinenbrennkammer können unterdrückt werden.In this way, with a simple, cost-effective configuration in which the number and diameter of the fuel injection holes 15 on the main nozzles 11 differ from each other, as in the first and second examples and the first embodiment, the heat release rate distribution (point of maximum heat release) of the Plural combustion flames can be prevented from concentrating at a position in the axial direction of the combustor casing 2, and the combustion vibration of the gas turbine combustor can be suppressed.

7 ist eine Längsschnittansicht des Hauptbrenners 4 und der Verbrennungsflammen gemäß dem dritten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalender vorliegenden Erfindung. Als eine Konfiguration, bei der sich die Treibstoffeinspritzmuster zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 (Hauptdüsen 11) in dem vorliegenden Beispiel unterscheiden, ist die Position der Hauptdüse 11 in Verhältnis zur Vormischdüse 12 in mindestens einer Richtung der Gruppe, die aus der Axialrichtung L und der Umfangsrichtung R besteht, variabel. 7 Fig. 14 is a longitudinal sectional view of the main burner 4 and combustion flames according to the third example for explaining features of the present invention. As a configuration in which the fuel injection patterns are different between the plurality of main burners 4 (main nozzles 11) differ in the present example, the position of the main nozzle 11 relative to the premixing nozzle 12 is variable in at least one direction of the group consisting of the axial direction L and the circumferential direction R.

Insbesondere kann die Hauptdüse 11 von der Befestigung an der Vormischdüse 12 befreit werden und erneut an der Vormischdüse 12 befestigt werden, nachdem sie in Axialrichtung L und/oder Umfangsrichtung R verlagert wurde. Folglich kann die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 im Verhältnis zur Vormischdüse 12 und der verlängerten Düse 13 frei variiert werden.In particular, the main nozzle 11 can be disengaged from the attachment to the premixing nozzle 12 and reattached to the premixing nozzle 12 after being displaced in the axial direction L and/or the circumferential direction R. Consequently, the position of the fuel injection openings 15 in relation to the premixing nozzle 12 and the extended nozzle 13 can be varied freely.

Beispielsweise kann die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 in Axialrichtung L von P1 zu P2 zu P3 stufenlos eingestellt werden. Folglich ändern sich die entsprechenden Verbrennungsflammen FA1, FA2, FA3 auf die jeweiligen Längen L1, L2, L3 ähnlich wie bei dem zweiten Beispiel (siehe 4), wenn die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 auf die Positionen P1, P2, P3 gesetzt werden.For example, the position of the fuel injection ports 15 in the axial direction L can be continuously adjusted from P1 to P2 to P3. Consequently, the respective combustion flames FA1, FA2, FA3 change to the respective lengths L1, L2, L3 similarly to the second example (see 4 ) when the fuel injection ports 15 are set to the positions P1, P2, P3.

Darüber hinaus kann auch die Position in Umfangsrichtung R der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 auf den Hauptdüsen 11 frei im Bereich von 360° eingestellt werden. Folglich kann der Bereich, in dem der Flüssigtreibstoff F2, der über die Treibstoffeinspritzöffnungen 15 eingespritzt wird, auf die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 trifft, so eingestellt werden, dass er sich zwischen den einzelnen Hauptbrennern 4 in ähnlicher Weise wie in der ersten Ausführungsform (siehe 5) und der zweiten Ausführungsform (siehe 6) unterscheidet.In addition, the position in the circumferential direction R of the fuel injection ports 15 on the main nozzles 11 can also be freely adjusted in the range of 360°. Consequently, the area where the liquid fuel F2 injected via the fuel injection ports 15 hits the inner surface 13a of the elongated nozzle 13 can be adjusted to spread between each main burner 4 in a manner similar to the first embodiment ( please refer 5 ) and the second embodiment (see 6 ) differs.

Auf diese Weise verfügt das vorliegende Beispiel über eine Konfiguration, bei der das Treibstoffeinspritzmuster sich zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern 4 (Hauptdüsen 11) aufgrund der Position der Hauptdüsen 11 im Hinblick auf die Variabilität der Vormischdüsen 12 in Axial- und Umfangsrichtung unterscheidet.In this way, the present example has a configuration in which the fuel injection pattern differs between the plurality of main burners 4 (main nozzles 11) due to the position of the main nozzles 11 in view of the variability of the premixing nozzles 12 in the axial and circumferential directions.

Folglich kann selbst in dem Fall, dass die Hauptdüsen 11 selbst in Bezug auf den Winkel für die Einspritzung, die Position, die Anzahl, den Durchmesser und ähnliches der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 keine Unterschiede aufweisen, die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen 15 in Bezug auf die Innenfläche 13a der verlängerten Düse 13 frei variiert werden, indem die Position der Hauptdüse 11 in mindestens einer Richtung der Gruppe, bestehend aus der Axialrichtung und der Umfangsrichtung, variiert wird.Consequently, even in the case that the main nozzles 11 themselves have no differences in the angle for injection, position, number, diameter and the like of the fuel injection ports 15, the position of the fuel injection ports 15 with respect to the inner surface 13a of the extended nozzle 13 can be varied freely by varying the position of the main nozzle 11 in at least one direction of the group consisting of the axial direction and the circumferential direction.

Folglich kann das Einspritzmuster für den Flüssigtreibstoff F2, der über die Mehrzahl von Hauptbrennern 4 auf eine größere Bandbreite von Konfigurationen eingestellt werden kann, wobei ermöglicht wird, dass die Wärmefreisetzungsrateverteilung (Punkt der maximalen Wärmefreisetzung) der Mehrzahl von Verbrennungsflammen FA1, FA2, FA3 und so weiter, daran gehindert wird, sich an einer Position in Axialrichtung des Brennkammergehäuses 2 zu konzentrieren, und die Verbrennungsschwingungen der Gasturbinenbrennkammer unterdrückt werden.Consequently, the injection pattern for the liquid fuel F2, which can be adjusted to a wider range of configurations across the plurality of main burners 4, allowing the heat release rate distribution (point of maximum heat release) of the plurality of combustion flames FA1, FA2, FA3 and so on further, is prevented from concentrating at a position in the axial direction of the combustor casing 2, and the combustion vibration of the gas turbine combustor is suppressed.

Wie oben beschrieben, verfügen die Gasturbinenbrennkammer und das mit dieser versehene Gasturbinentriebwerk gemäß der vorliegende Erfindung, wobei das Gasturbinentriebwerk Flüssigtreibstoff nutzt, über eine verhältnismäßig einfache und kostengünstige Konfiguration, bei der die Treibstoffeinspritzöffnungen 15, die an den Hauptdüsen 11 vorgesehen sind, variiert werden, oder nur die Position der Hauptdüsen 11 in Axialrichtung und/oder Umfangsrichtung variiertwird. Als Folge dieser Konfiguration wird die Konzentrationsverteilung des Treibstoff-Luft-Gemisches M2 (enthält die Druckluft A und den Flüssigtreibstoff F2) zwischen den einzelnen Hauptbrennern 4 variiert, und die Länge (Form) der von den Hauptbrennern 4 ausgestoßenen Flammen wird variiert.As described above, the gas turbine combustor and the gas turbine engine provided therewith according to the present invention, the gas turbine engine using liquid fuel, have a relatively simple and inexpensive configuration in which the fuel injection ports 15 provided on the main nozzles 11 are varied, or only the position of the main nozzles 11 is varied in the axial direction and/or in the circumferential direction. As a result of this configuration, the concentration distribution of the air-fuel mixture M2 (containing the compressed air A and the liquid fuel F2) between each main burner 4 is varied, and the length (shape) of flames ejected from the main burners 4 is varied.

Aufgrund dessen kann die Konzentration der Wärmefreisetzungsrateposition (Wärmefreisetzungsrateverteilung) der Mehrzahl von Einspritzflammen an einer Position in der Axialrichtung des Brennkammergehäuses 2 sowie Verbrennungsschwingungen verhindert werden.Due to this, concentration of the heat release rate position (heat release rate distribution) of the plurality of injection flames at one position in the axial direction of the combustor casing 2 and combustion vibration can be prevented.

Es ist zu beachten, dass sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Konfigurationen der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsformen sowie die Beispiele miteinander verbunden werden.It should be noted that the present invention is not limited only to the configurations of the above-described embodiments. For example, the embodiments described above as well as the examples can be connected to each other.

Bezugszeichenlistereference list

11
Gasturbinenbrennkammerrgas turbine combustor
22
Brennkammergehäusecombustion chamber housing
33
Zündbrennerpilot burner
44
Hauptbrennermain burner
55
Zünddüseignition nozzle
1111
Hauptdüsemain jet
1212
Vormischdüsepremix nozzle
1313
Verlängerte DüseExtended nozzle
13a13a
Innenfläche der verlängerten Düse 13Inner surface of extended nozzle 13
1414
Hauptdrallkörpermain swirler
15, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e15, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e
Treibstoffeinspritzöffnungenfuel injection ports
AA
Druckluftcompressed air
F1, F2F1, F2
Flüssigtreibstoffliquid fuel
M1, M2M1, M2
Treibstoff-Luft-Mischungfuel-air mixture
P1, P2, P3P1, P2, P3
Position der Treibstoffeinspritzöffnungen in AxialrichtungPosition of the fuel injection ports in the axial direction
θ1, θ2θ1, θ2
Einspritzwinkel für den Flüssigtreibstoff F2Injection angle for the liquid fuel F2

Claims (9)

Gasturbinenbrennkammer (1), welche Folgendes umfasst: einen zentral in einem Brennkammergehäuse (2) angeordneten Zündbrenner (3), und eine Mehrzahl von Hauptbrennern (4), die so angebracht sind, dass sie einen Umfang des Zündbrenners (3) umgeben, wobei jeder der Hauptbrenner (4) eine zentral an einer zylindrischen Vormischdüse (12) angeordnete Hauptdüse (11) umfasst, wobei ein Flüssigtreibstoff (F2) über mehrere an einem Umfang der Hauptdüse (11) vorgesehene Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in Richtung auf eine Innenfläche (13a) einer verlängerten Düse (13) eingespritzt werden kann, welche mit einer Stromaufwärtsseite der Vormischdüse (12) verbunden ist, und wobei ein Einspritzmuster für den über die Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in Richtung der Innenfläche (13a) der verlängerten Düse (13) eingespritzten Flüssigtreibstoff (F2) so eingestellt ist, dass es zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern (4) jeweils unterschiedlich ist, die unterschiedlichen Einspritzmuster dadurch bedingt sind, dass sich die Position der Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in der Umfangsrichtung an der Hauptdüse (11) zwischen den Hauptbrennern (4) unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in unregelmäßigen Abständen an einer Spitze einer konischen Oberfläche der Hauptdüsen (11) in Umfangsrichtung angeordnet sind.A gas turbine combustor (1) comprising: a pilot burner (3) centrally located in a combustor casing (2), and a plurality of main burners (4) mounted so as to surround a periphery of the pilot burner (3), each the main burner (4) comprises a main nozzle (11) arranged centrally on a cylindrical premixing nozzle (12), wherein a liquid fuel (F2) is injected towards an inner surface (13a) via a plurality of fuel injection openings (15) provided on a periphery of the main nozzle (11) an elongated nozzle (13) connected to an upstream side of the premixing nozzle (12), and wherein an injection pattern for the liquid fuel ( F2) is set so that it is different between the plurality of main burners (4), the different injection patterns thereby caused s ind that the position of the fuel injection ports (15) in the circumferential direction on the main nozzle (11) differs between the main burners (4), characterized in that the fuel injection ports (15) are formed at irregular intervals at a tip of a conical surface of the main nozzles (11 ) are arranged in the circumferential direction. Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Treibstoffeinspritzöffnungen (15) an den jeweiligen Hauptdüsen (11) gleich ist.Gas turbine combustor (1) after claim 1 , wherein the number of fuel injection openings (15) on the respective main nozzles (11) is the same. Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1, wobei die Treibstoffeinspritzöffnungen (15) an den jeweiligen Hauptdüsen (11) den gleichen Durchmesser haben.Gas turbine combustor (1) after claim 1 wherein the fuel injection openings (15) on the respective main nozzles (11) have the same diameter. Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1, wobei die unterschiedlichen Einspritzmuster dadurch bedingt sind, dass die Treibstoffeinspritzöffnungen (15) einen Einspritzwinkel (θ1,θ2) für den Flüssigtreibstoff (F2) aufweisen, der sich zwischen der Mehrzahl von Hauptbrennern (4) unterscheidetGas turbine combustor (1) after claim 1 , wherein the different injection patterns are due to the fuel injection ports (15) having an injection angle (θ1,θ2) for the liquid fuel (F2) that differs between the plurality of main burners (4). Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1, wobei die unterschiedlichen Einspritzmuster dadurch bedingt sind, dass sich eine Position der Treibstoffeinspritzöffnungen (15) in der Axialrichtung an der Hauptdüse (11) zwischen den Hauptbrennern (4) unterscheidet.Gas turbine combustor (1) after claim 1 wherein the different injection patterns are due to a position of the fuel injection ports (15) in the axial direction on the main nozzle (11) being different between the main burners (4). Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1, wobei die unterschiedlichen Einspritzmuster dadurch bedingt sind, dass sich die Anzahl der Treibstoffeinspritzöffnungen (15) an der Hauptdüse (11) zwischen den Hauptbrennern (4) unterscheidet.Gas turbine combustor (1) after claim 1 , the different injection patterns being due to the fact that the number of fuel injection openings (15) on the main nozzle (11) differs between the main burners (4). Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1, wobei die unterschiedlichen Einspritzmuster dadurch bedingt sind, dass sich ein Durchmesser der Treibstoffeinspritzöffnungen (15) an der Hauptdüse (11) zwischen den Hauptbrennern (4) unterscheidet.Gas turbine combustor (1) after claim 1 , wherein the different injection patterns are due to the fact that a diameter of the fuel injection openings (15) on the main nozzle (11) differs between the main burners (4). Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die unterschiedlichen Einspritzmuster dadurch bedingt sind, dass eine Position der Hauptdüse (11) im Verhältnis zur Vormischdüse (12) in einer Axialrichtung und/oder einer Umfangsrichtung variabel ist.Gas turbine combustor (1) according to one of Claims 1 until 7 , the different injection patterns being due to the fact that a position of the main nozzle (11) relative to the premixing nozzle (12) is variable in an axial direction and/or a circumferential direction. Gasturbinentriebwerk, welches Folgendes umfasst: einen Verdichter zur Luftverdichtung, die Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die konfiguriert ist, um einen Treibstoff zu verbrennen, der in die vom Kompressor verdichtete Luft eingespritzt wird, und eine Turbine, die konfiguriert ist, um durch die Ausdehnung eines Verbrennungsgases angetrieben zu werden, das aus der Gasturbinenbrennkammer (1) austritt.A gas turbine engine comprising: a compressor for compressing air, the gas turbine combustor (1) according to any one of Claims 1 until 8th configured to combust a fuel injected into the air compressed by the compressor, and a turbine configured to be driven by the expansion of a combustion gas exiting the gas turbine combustor (1).
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